Гидроизоляционная композиция
Иллюстрации
Показать всеИзобретение относится к области гидротехнического и гражданского строительства и может быть использовано для гидроизоляции строительных сооружений, гидротехнических сооружений из низкотемпературных грунтов и пород, а также при строительстве и ремонте дорог. Описана гидроизоляционная композиция, содержащая следующие компоненты, мас.%: поливиниловый спирт 5-7, оксиэтилированный алкилфенол - неонол АФ9-12 0,05-0,08, окисленная нефтеполимерная смола С9 10-30, вода – остальное. Состав образует наполненный криогель в процессе замораживания-размораживания. Технический результат - улучшенные структурно-механические свойства, высокая гидрофобность, способность сохранять свои физико-механические характеристики в течение долгого времени при перепадах температур от -40°С до +65°С во влажной среде. 1 табл.
Реферат
Изобретение относится к области гидротехнического и гражданского строительства и может быть использовано для гидроизоляции строительных сооружений, гидротехнических сооружений из низкотемпературных грунтов и пород, а также при строительстве и ремонте дорог, особенно в районах вечной мерзлоты и условиях резко континентального климата при контрастных перепадах дневных и ночных температур.
Известен полимерный гидроизоляционный материал (маты криогелевые) [RU 2011146033 A, МПК C08K 3/10 (2006.01), опубл. 20.05.2013], которые представляют собой маты толщиной от 2 до 20 мм, шириной от 0,5 до 2 м, длиной от 1 до 5 м, состоящие из армирующей основы (полимерной сетки, нетканого полотна), пропитанной составом для создания водонепроницаемости низкотемпературных грунтов и пород, содержащим поливиниловый спирт, борную кислоту, воду и пластификатор для придания материалу эластичности при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
поливиниловый спирт | 5-10 |
борная кислота | 0,5-1,0 |
пластификатор | 3,0 |
вода | остальное |
Однако гель, образованный из раствора поливинилового спирта с помощью борной кислоты, при контакте с водой разрушается, что мешает формированию криогелевых матов.
Известна гидроизоляционная композиция [RU 2605112 C2, МПК C08L 29/04 (2006.01), C08K 5/06 (2006.01), опубл. 20.12.2016], выбранная в качестве прототипа, которая содержит поливиниловый спирт, гидрофобный наполнитель - нефтеполимерную смолу С59 (НПС59), оксиэтилированный алкилфенол (неонол АФ9-12) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
поливиниловый спирт | 5-7 |
оксиэтилированный алкилфенол - неонол АФ9-12 | 0,05-0,1 |
нефтеполимерная смола | 10-50 |
вода | остальное |
Состав образует наполненный криогель в процессе замораживания-размораживания.
Однако получаемый материал обладает недостаточной структурной прочностью (упругостью).
Техническая проблема, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в создании гидроизоляционной композиции, которая обладает улучшенными структурно-механическими свойствами и высокой гидрофобностью, способна сохранять свои физико-механические характеристики в течение долгого времени при значительных перепадах температур во влажной среде.
Предложенная гидроизоляционная композиция, так же как в прототипе, содержит поливиниловый спирт, воду, оксиэтилированный алкилфенол - неонол АФ9-12 и гидрофобный наполнитель - нефтеполимерную смолу, причем указанный состав после цикла замораживания-размораживания представляет собой наполненный криогель.
Согласно изобретению гидроизоляционная композиция в качестве гидрофобного наполнителя содержит окисленную нефтеполимерную смолу С9 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
поливиниловый спирт | 5-7 |
оксиэтилированный алкилфенол - неонол АФ9-12 | 0,05-0,1 |
окисленная нефтеполимерная смола С9 | 10-30 |
вода | остальное |
Добавление в состав гидрофобного наполнителя в виде нефтеполимерной смолы С9, предварительно окисленной H2O2, способствует получению стабильной эмульсии, следовательно, упругого криогеля с повышеной степенью гидрофобности. Это повышает водоотталкивающие свойства гидроизолирующей композиции по сравнению с прототипом.
Для стабилизации коллоидной системы, в которой дисперсной фазой является смола, а дисперсионной средой - водный раствор поливинилового спирта, необходимо вводить поверхностно-активное вещество. Поверхносто-активное вещество позволяет эмульсии, состоящей из поливинилового спирта и нефтеполимерной смолы, сохранять устойчивость до 24 часов, что способствует более качественному формированию криогеля и равномерному распределению наполнителя в структуре криогеля.
В качестве поверхносто-активного вещества был выбран оксиэтилированный алкилфенол неонол АФ9-12 (C9H19C6H4O(C2H4O))12H.
В качестве нефтеполимерной смолы была использована нефтеполимерная смола C9, полученная термической полимеризацией фракции жидких продуктов пиролиза прямогонного бензина, выкипающей в интервале температур 130-200°C, при температурах 240-270°C [Думский Ю.В., Но Б.И., Бутов Г.М. Химия и технология нефтеполимерных смол. М. Химия. 1999]. Для повышения гидрофильности нефтеполимерной смолы и получения стабильной водно-смоляной эмульсии в качестве окислителя нефтеполимерной смолы использовали H2O2 в виде 38-39%-го водного раствора.
В качестве растворителя для приготовления 30%-го раствора нефтеполимерной смолы фракции C9 использовали смесь растворителей дистопливо 10% мас. и сольвент 90% мас.
В качестве водного полимерного раствора использовали поливиниловый спирт марки M1799 с молекулярной массой 150 000.
Эмульсию готовили с помощью роторного диспергатора IKA ULTRA TURRAXT18, время диспергирования: 5-7 мин, скорость вращение ротора: 16000-18000 об/мин.
Пример 1. Брали 5 г водного раствора поливинилового спирта, массовое содержание полимера в котором составляло 10 мас.%, и при перемешивании полимерного раствора добавляли 0,005 г (0,05 мас.%) поверхносто-активного вещества (неонол АФ9-12), добавляли 4,0 г воды и добавляли 1,0 г (10 мас.%) равными порциями по 0,25 г в течение 2 мин окисленной нефтеполимерной смолы C9. Вязкую эмульсию, содержащую 5 мас.% поливинилового спирта, заливали в формы. Форму с эмульсией помещали на 20 часов в холодильную камеру при температуре -20°C. Далее размораживали при комнатной температуре +20°C в течение 4 часов. После размораживания образовался криогель.
Примеры 2-3 аналогичны примеру 1. Данные приведены в таблице 1.
Устойчивость полученных эмульсий оценивали временем нахождения во взвешенном состоянии микроскопических капелек окисленной нефтеполимерной смолы С9, нерастворимых в растворе поливинилового спирта, более 24 часов. Составы эмульсий, устойчивость которых менее 24 ч, не рассматривались вследствие того, что в естественных условиях при незначительных минусовых температурах процесс замораживания продолжителен. Поэтому отбирали самые устойчивые эмульсии для формирования криогелей и определения их свойств.
Упругие свойства криогеля оценивали значением модуля упругости. Для этого образцам криогеля задавали деформацию и определяли напряжение, возникающее в образце. Далее по закону Гука рассчитывали модуль упругости.
Полученные наполненные криогели имеют модули упругости более 50 кПа, что указывает на их хорошие структурно-механические характеристики. При циклических перепадах температур (от положительных до отрицательных) величины структурно-механических характеристик криогеля возрастают.
Гидроизоляционные (гидрофобные) свойства полученного криогеля оценивали по краевому углу смачивания. Угол смачивания определяли на приборе марки KRUSS DSA 25, методом лежащей капли при 25°C.
Коэффициент теплопроводности определяли на установке, основным рабочим узлом которой являются два стальных коаксиальных цилиндра, в зазоре между которыми помещали исследуемую среду. Значение коэффициента теплопроводности рассчитывали по формуле:
где Rбол - внутренний радиус большого цилиндра;
Rмал - наружный радиус малого цилиндра;
Q - количество тепла передаваемое от нагретой воды термостата к воде внутреннего цилиндра;
L - высота малого цилиндра;
T - текущая температура воды во внутреннем цилиндре в некоторый момент времени (t);
Tтерм - температура теплоносителя в термостате.
Результаты измерения устойчивости эмульсии, модуля упругости, краевого угла смачивания и коэффифиента теплопроводности криогеля приведены в таблице 1. Предлагаемая гидроизолирующая композиция обладает низкой теплопроводностью, что придает композиции теплоизоляционные свойства.
Гидроизоляционная композиция устойчива в широком диапазоне температур от -40°C до +65°C (максимальная температура плавления 65°C, максимальная температура замерзания - минус 40°C). Температуру замерзания криогеля определяют с помощью термометра, который погружают в криогель, помещенный в морозильную камеру. Как только криогель теряет эластические свойства и становится жестким, фиксируют температуру. Температуру плавления наполненного криогеля определяют методом «падающего шарика».
Таким образом, предлагаемая гидроизоляционная композиция имеет улучшенные структурно-механические свойства (модуль упругости 65 кПа) по сравнению с прототипом (модуль упругости 22 кПа) наряду с хорошими гидрофобными и теплоизоляционными свойствами.
Гидроизоляционная композиция, содержащая поливиниловый спирт, воду, оксиэтилированный алкилфенол - неонол АФ9-12, гидрофобный наполнитель - нефтеполимерную смолу и представляющая собой наполненный криогель после цикла замораживания-размораживания, отличающаяся тем, что в качестве гидрофобного наполнителя содержит окисленную нефтеполимерную смолу С9 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
поливиниловый спирт | 5-7 |
оксиэтилированный алкилфенол - неонол АФ9-12 | 0,05-0,08 |
окисленная нефтеполимерная смола С9 | 10-20 |
вода | остальное |